АВТОРЫ:

Кандидат технических наук:

В. И. Хлудеев

Кандидат физико-математических наук:

А. Н. Ефременко

Директор ООО «Технологии энергосбережения»

  С.Н.Ефременко

Энергосберегающие технологии пневмотранспорта сыпучих материалов. Практические преимущества модернизированных энергосберегающими модулями ООО «Технологии энергосбережения» камерных насосов российского производства, которые экономят электроэнергию, перед дорогостоящими винтовыми насосами «IBAU» -Германия.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Экспансия иностранных производителей на рынке оборудования для цементной промышленности РФ не нуждается в специальных комментариях. Декларируемые иностранными производителями технические характеристики оборудования, как правило, подкупающе действуют на потенциального клиента и сулят определенные выгоды в результате внедрения в технологический процесс. Одной из декларируемых фирмами-поставщиками выгод является снижение энергозатрат от внедрения нового оборудования.

Мы не будем рассматривать коммерческие предложения, обсуждать комплектацию и условия поставки, а также последующее постгарантийное обслуживание от фирм-поставщиков. Мы не будем останавливаться на известных недостатках пневмовинтовых насосов (ПВН -фуллеров): потребление электроэнергии на привод шнека, абразивный износ шнека, а также значительное потребление сжатого воздуха (даже в комплектации ПВН компрессором). Напротив, внимание акцентируется на получение понятных результатов для анализа экономики энергосбережения при пневмотранспорте сыпучих материалов.

В первой части статьи, приводится расчет и сравнение расхода сжатого воздуха для пневматических камерных насосов (ПКН) и ПВН на стандартной для многих цементных заводов трассе цементопроводов, при одинаковых начальных условиях по давлению воздуха.

Во второй части статьи, приводится экономическое обоснование целесообразности замены фуллеров на камерные насосы, как результат экономии электроэнергии из-за отсутствия электродвигателя в пневмотранспортной установке и снижения удельных затрат по расходу сжатого воздуха.

В третьей части статьи, проведен экономический анализ затрат на приобретение и эксплуатацию: в гарантийном периоде винтового насоса «IBAU» и камерного насоса российского производства со встроенным энергосберегающим модулем (ЭСбМ) ООО «Технологии энергосбережения».

 

1. Расчет и сравнение расхода сжатого воздуха для ПКН и ПВН.

Сравнение расхода сжатого воздуха пневмовинтового насоса и пневмокамерного насоса, в случае выполнения мероприятия по замене ПВН на ПКН можно произвести с помощью общих положений газовой динамики. Мы приводим эти расчеты для камерного и винтового насосов, поскольку декларируемые производителем технические характеристики сильно зависят от конкретных условий и параметров трассы материалопроводов.

Для расчета массового расхода воздуха М (кг/с) в материалопроводе необходимо воспользоваться формулой /1/, которая учитывает не только характер движения сжатого воздуха, но и аэродинамические режимы течения газа с учетом шероховатости поверхности материалопровода.

 

M = f ((2d/L)(ΔР/λ)ρ)1/2 ,

где

ΔP - разность давления в Па для концевых участков материалопровода;

λ - средний для материалопровода. коэффициент сопротивления трению;

f - площадь поперечного сечения материалопровода;

ρ = (ρ1 + ρ2)/2 - средняя плотность воздуха в начале и конце материалопровода;

L - приведенная длина трассы материалопровода в метрах.

 

Данная формула справедлива для всех материалопроводов с режимами течения газов по числу Рейнольдса 2300‹Re‹10000000, что охватывает практически любые режимы работы при пневмотранспорте порошкообразных и гранулированных материалов.

 

1.1. Расчет M1 для камерного насоса при давлении воздуха 2,8-3,2 атм.

Для цементопровода ЗАО «Белгородский цемент»:

L = 350 м, условный диаметр цементопровода Øy 200 – f = 0,0314 м2

λ = 0,05; ΔP = 2 атм = 200000 Па ; ρ = 2,4 кг/м3

Комментарий: Давление в камере пневмокамерного насоса при нормальной работе составляет 2,8 - 3,2 атм. или в среднем 3 атм., а давление в аспирируемом силосном пространстве не превышает атмосферное,

т.е. ΔР = 3 атм. – 1 атм.= 200000 Па.

Подставляем значения параметров в M и находим массовый расход сжатого воздуха цементопроводом: M1 = 3,29 кг/сек, в пересчете на объем воздуха при нормальных условиях V1 = 2,74 м3/сек.

Время разгрузки одной камеры ТА-29 при расчетных параметрах составляет в среднем 3 минуты (цикл разгрузки), вес цемента в камере (по данным ленточных весовых дозаторов) в среднем 5,5 т.

Таким образом, за 180 секунд для одной камеры ТА-29 расход воздуха равен 493,2 м3/цикл, а удельный расход воздуха для камерного насоса ТА-29 составляет – 89,7 м3/т. цемента.

 

1.2. Расчет M2 пневмовинтового насоса НПВ-63/4 при давлении воздуха 2,8-3,2 атм.

Для цементопровода ЗАО «Белгородский цемент» - L= 350 м,

условный диаметр цементопровода Øy 200 – f = 0,0314 м2

 

λ = 0,05; ΔP = 0,8 атм = 80 000 Па ; ρ = 1,68 кг/м3

 

Комментарий: Давление в смесительной камере пневмовинтового насоса при нормальной работе составляет 1,8 атм., а давление в аспирируемом силосном пространстве не превышает атмосферное, т.е.

ΔР = 1,8 атм. – 1 атм. = 80 000 Па

Подставляем значения параметров в М и находим массовый расход сжатого воздуха цементопроводом: М2 = 1,74 кг/сек, в пересчете на объем воздуха при нормальных условиях V2 = 1,45 м3/сек. или 5220 м3/час.

При производительности цементной мельницы 50 т/час удельный расход воздуха для пневмовинтового насоса НПВ-63/4 составляет - 104,4 м3/т. цемента.

Как следует из расчетов, удельное потребление воздуха при перекачке цемента выше для пневмовинтового насоса, что подтверждается на практике показаниями расходомеров.

 

ВЫВОДЫ:

  1. Камерный насос является пневмотранспортной установкой циклического действия и при одинаковых начальных условиях (производительность, длина трассы, диаметр цементопровода, давление сжатого воздуха) имеет меньший удельный расход воздуха на тонну перекачиваемого продукта, чем пневмотранспортная установка непрерывного действия – пневмовинтовой насос.

 
  1. Пневмовинтовой насос, кроме сжатого воздуха, потребляет электроэнергию на привод шнека, которая затрачивается на непрерывное проталкивание продукта транспортировки в смесительную камеру ПВН. Камерный насос экономичнее винтового насоса, т.к. не имеет электромеханических устройств для проталкивания перекачиваемого продукта в смесительную камеру.

2. Экономическое обоснование замены винтового насоса на камерный.

Причиной замены ПВН на ПКН является чрезмерная энергозатратность пневмовинтовых насосов при транспортировке цемента от цементных мельниц в силоса:

- затраты электроэнергии на привод шнека пневмовинтового насоса на цементной мельнице составляют для НПВ-63/4: потребляемая мощность 110 кВт. час (установленная мощность 132 кВт. час);

затраты сжатого воздуха 104,4 м3/т цемента.

При демонтаже ПВН и установке вместо него двухкамерного насоса ТА-29, энергозатраты на транспортировку цемента в силоса сведутся к затратам на производство компрессором сжатого воздуха - 89,7 м3/т. цемента.

Снижение расхода воздуха и отказ от электроэнергии, которая ранее тратилась на привод шнека для проталкивания перекачиваемого материала в смесительную камеру ПВН – дает экономический эффект, достигаемый за счет внедрения ПКН ТА-29.

 

ДО ВНЕДРЕНИЯ (цем. мельница с ПВН):

Производительность – 50 т/час; Расход воздуха - 104,4 м3
Потребляемая мощность ПВН - 110 кВт/час; Кисп. = 0,71

 

ПОСЛЕ ВНЕДРЕНИЯ (цем. мельница с ПКН):

Производительность – 50 т/час; Расход воздуха - 89,7 м3/т; Кисп. = 0,71

 

РАСЧЕТ ЭКОНОМ. ЭФФЕКТА после внедрения ПКН:

 
  1. Экономия электроэнергии за счет демонтажа ПВН –

    W1 = 0,71 x 365 x 24 час x 110 кВт/час = 684156 кВт. час/год

 
  1. Удельные затраты на производство 1 м3 сж. воздуха = 0,1 кВт/час.

    Прямая экономия сжатого воздуха на ПКН составляет –

    V = 0.71 x 365 x 24 час x (104,4 – 89,7) м3/т x 50 т/час = 4571406 м3/год

    Экономия электроэнергии от экономии сжатого воздуха на ПКН – W2 = 0.1 кВт. час/ м3 x V = 0,1кВт. час/м3 x 4571406 м3/год = 457140,6 кВт. час/год

 
  1. Суммарная экономия электроэнергии при замене ПВН на ПКН по [п.1] и [п.2] составляет -

    W = W1 + W2 = 684156 кВт. час/год + 457140,6 кВт. час/год = 1141296,6 кВт. час/год

 
  1. Cтоимость 1 кВт. час = 2,2 руб, поэтому экономия электроэнергии по [п.3] в рублевом \выражении составляет: 2,2 руб./кВт. час x 1141296,6 кВт. час/год = 2510852,52 руб/год.

 
  1. Затраты на замену ПВН на ПКН составляют: приобретение двухкамерного ТА-29 - 1,5 млн. руб строительно-монтажные работы (демонтаж ПВН, установка ПКН) - 0,5 млн. руб

 


ИТОГО ЗАТРАТ - 2,0 млн. руб.

Срок окупаемости – 1 год.

   

ВЫВОДЫ:

  1. Замена винтового насоса на камерный насос позволяет в течение 1 года окупить затраты за счет экономии электроэнергии, которая ранее тратилась на привод шнека и сократить потребление сжатого воздуха на транспортировку сыпучих материалов.

 
  1. Трудозатраты персонала на обслуживание камерного насоса значительно ниже, чем для винтового насоса. Нормы амортизационных отчислений на капитальный ремонт камерного насоса ниже, чем для винтового насоса в 2,4 раза [п.2]:

 
  1. Камерный насос имеет более высокий коэффициент использования в сравнении с винтовым насосом, прежде всего, из-за отсутствия быстро изнашиваемых узлов: шнека, гильзы, обратного клапана и электромеханического привода.

 
  1. Экономический анализ затрат на приобретение и эксплуатацию: винтового насоса «IBAU» и камерного насоса российского производства со встроенным энергосберегающим модулем (ЭСбМ) ООО «Технологии энергосбережения».

   

Для транспортировки цемента производительностью 60 т/час при приведенной длине трассы 350 м, необходимо применить винтовой насос IBAU IBD 251 с электродвигателем потребляемой мощностью 75 кВт (установленная мощность - 90 кВт). Этот винтовой насос комплектуется компрессором VML 95 потребляемой мощностью 246 кВт (установленная мощность-315кВт).

Необходимый условный диаметр цементопровода – 250 мм.

Таким образом, винтовой насос IBAU IBD 251 и компрессор VML 95 имеют суммарную потребляемую мощность 321 кВт, что соответствует удельным затратам электроэнергии - 5,35 кВт/т

Стоимость винтового насоса IBAU IBD 251 и компрессора VML 95 составляет 145000 € (цена не включает стоимости электродвигателей). Стоимость комплекта ЗИП (IBD 251) для 2-х лет эксплуатации 15100 €.

Камерный насос российского производства со встроенным энергосберегающим модулем (ЭСбМ) /п.3/ обеспечивает при транспортировке цемента производительность 60 – 90 т/час и удельный расход сжатого воздуха 50 м3/т, что соответствует удельным затратам по электроэнергии - 5 кВт/т.

Необходимый условный диаметр цементопровода 150 – 250 мм, т.е. не требуется переделка существующих цементопроводов на условный диаметр 250 мм.

Стоимость ЭСбМ [п.4] составляет 1500000 руб (33000 €), т.е. минимум в 5 раз дешевле винтового насоса IBAU IBD 251 и компрессора VML 95. Цена комплекта ЗИП для ЭСбМ включена в его стоимость.

Срок окупаемости ЭСбМ [п. 4] не превышает 1 года, при этом не требуется изменять существующие магистрали цементопроводов для увеличения условного диаметра до 250 мм.

Таким образом, по энергетическим затратам ЭСбМ экономичнее винтового насоса IBAU на 7%. Нормы амортизационных отчислений на капитальный ремонт ЭСбМ ниже, чем для винтового насоса IBAU в 15 раз.

 

ВЫВОДЫ:

  1. Технология ЭСбМ экономит электроэнергии на 7% больше, чем винтовой насос IBAU.

  2. Затраты на ремонт ЭСбМ ниже в 15 раз, чем для винтового насоса IBAU.

  3. Внедрение ЭСбМ не требует изменений условных диаметров транспортных магистралей.

   

ЛИТЕРАТУРА:

  1. Т. М. Башта «Гидропривод и гидропневмоавтоматика», Москва, «Машиностроение», 1972г., Стр. 277.

 
  1. Пневмотранспортное оборудование. Справочник. Под ред. М. П. Калинушкина, Табл. 13.2, Стр. 274.

 
  1. А.Н. Ефременко, В.И. Хлудеев. Патент на изобретение RU №23120808 от 23.03.2006 г.

 
  1. Энергосберегающие модули (ЭСбМ) для пневмокамерных насосов. В.И. Хлудеев, А.Н. Ефременко – 7 страницах. ссылки размещения на ресурсах:

 

www.beton.ru/index-roll=1&chp=showpage&num=226500;
www.beton.ru/index-roll=1&chp=showpage&num=226509;
www.best-stroy.ru/catalog/22933

 

Технологии

Инженерно-технические разработки ООО "Технологии энергосбережения" и производимое оборудование позволяют в 2 раза снизить удельные энергетические затраты при транспортировке сыпучих материалов по трубопроводам Вашего предприятия, если пневмотранспорт осуществляется камерными насосами. Наша технология является принципиально новой и по удельным затратам на тонну транспортируемого продукта значительно эффективнее, чем зарубежные аналоги.

 

Модернизация камерных насосов

Главным недостатком существующих камерных насосов является чрезмерно высокий

 

  ООО "Технологии энергосбережения" создала и успешно внедряет запатентованную технологию транспортировки цемента от мельниц в силоса на базе стандартных камерных насосов ТА-23, ТА-28, ТА-29, ТА-60 и их модификаций, позволяющая в 2 раза снизить расход сжатого воздуха (электроэнергии на производство сжатого воздуха). В основе технологии лежит новый принцип создания аномально высокой концентрации цементновоздушной смеси в камерном насосе, которая при помощи специального устройства без потерь переносится в транспортный цементопровод, т.е. на всем этапе транспортировки цемента от мельницы в силос цементовоздушная смесь имеет максимальную концентрацию, которую не могут обеспечить стандартные камерные насосы ТА-23,ТА-28,ТА-29, ТА-60 и др.  

Перевести существующие на Вашем предприятии камерные насосы на 2-х кратное снижение расхода воздуха позволяет предлагаемое изделие (модуль), встраиваемое на месте в оборудование. При установке модуля в камерный насос используются только существующие отверстия в стенках имеющегося сосуда, тем самым не происходит ослабление оболочки находящейся под давлением, что не приводит к изменению механических свойств камеры насоса в результате его модернизации.

Установка модуля ООО "Технологии энергосбережения" на имеющемся у заказчика камерном насосе гарантирует 2-х кратное снижение энергозатрат (электроэнергия, сжатый воздух) и производится в течение смены продолжительностью 8 часов.

ООО "Технологии энергосбережения" — предлагает и другую опцию модернизации Вашего оборудования — увеличение часовой производительности имеющихся у Вас камерных насосов.

 Модули ООО "Технологии энерго- сбережения" успешно работают как на однокамерных, так и на 2-х камерных насосах любой модели (серии ТА, монжус, либо импортных аналогов).

 

Предлагаемая технология пневмотранспортировки отработана на камерных насосах как с верхней, так и с нижней выгрузкой цемента, глинозема, шамота, сухих смесей, осажденной пыли в электрофильтрах.

Модули ООО "Технологии энергосбережения" — по потребностям заказчика адаптируются к любым пневмотрассам и цементопроводам (материалопроводам) для широкого ассортимента продукции.